DE10393588T5

DE10393588T5 - Optimal propagation system, apparatus and method for liquid cooled, microscale heat exchange

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Publication number: DE10393588T5
Application number: DE10393588T
Authority: DE
Inventors: Girish San Jose Upadhya; Richard Cupertino Herms; Peng Albany Zhou; Kenneth Belmont Goodson; James Redwood Hom
Original assignee: Cooligy Inc
Current assignee: Cooligy Inc
Priority date: 2002-11-01
Filing date: 2003-10-30
Publication date: 2006-02-23
Also published as: TW200416375A; TWI318289B; US7806168B2; WO2004042302A2; US20040188066A1; WO2004042305A2; JP2006511787A; DE10393583T5; JP2006522463A; WO2004042305A3; TW200412411A; AU2003291347A8; AU2003286821A1; AU2003291347A1; AU2003286821A8; WO2004042302A3; TWI300466B; US20040188064A1; US6988535B2

Abstract

Eine Vorrichtung zum fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetausch von einer Wärmequelle, umfassend:
a. einen mikroskalierten Bereich, der konfiguriert ist, um eine Fluidströmung durch diesen hindurch zuzulassen, und
b. einen Ausbreitungsbereich, wobei der Ausbreitungsbereich eine erste Seite und eine zweite Seite aufweist, wobei die erste Seite auf der Wärmequelle positioniert ist und mit dieser gekoppelt ist, und wobei die zweite Seite mit dem mikroskalierten Bereich gekoppelt ist.An apparatus for fluid cooled microscale heat exchange from a heat source, comprising:
a. a microscale region configured to allow fluid flow therethrough, and
b. a propagation region, wherein the propagation region has a first side and a second side, wherein the first side is positioned on and coupled to the heat source, and wherein the second side is coupled to the microscale region.

Description

Zugehörige AnmeldungAssociated login

Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität unter 35 U.S.C. 119 (e) der gleichzeitig anhängigen provisorischen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/423,009, die am 1. November 2002 eingereicht wurde, mit dem Titel "Methods for flexible fluid delivery and hotspot cooling by microchannel heat sinks" ("Verfahren zur flexiblen Fluidabgabe und Kühlung von heißen Punkten durch Mikrokanal-Wärmesenken"), die hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen wird. Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht ebenfalls die Priorität unter 35 U.S.C. 119 (e) der gleichzeitig anhängigen provisorischen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/442,383, eingereicht am 24. Januar 2003, mit dem Titel "Optimized plate fin heat exchanger for CPU cooling" ("Optimierter Platten-Rippen-Wärmetauscher für CPU-Kühlung"), die ebenfalls hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen wird. Weiterhin beansprucht die vorliegende Patentanmeldung die Priorität unter 35 U.S.C. 119 (e) der gleichzeitig anhängigen provisorischen U.S.-Patentanmeldung mit der Seriennummer 60/455,729, die am 17. März 2003 eingereicht worden ist, mit dem Titel "Microchannel heat exchanger apparatus with porous configuration and method of manufacturing thereof" ("Mikrokanal-Wärmetauschervorrichtung mit poröser Konfiguration und Verfahren zu deren Herstellung"), die hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen wird.The This patent application claims priority 35 U.S.C. 119 (e) of the co-pending U.S. Provisional Patent Application with serial number 60 / 423,009 filed on November 1, 2002 was entitled, "Methods for flexible fluid delivery and hotspot cooling by microchannel heat sinks "(" method of flexible Fluid delivery and cooling by hot Points through microchannel heat sinks ") thereby is incorporated by reference. The present patent application also claims priority under 35 U.S.C. 119 (e) the simultaneously pending U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60 / 442,383, on January 24, 2003, entitled "Optimized plate fin heat exchanger for CPU cooling "(" Optimized plate-fin heat exchanger for CPU cooling "), which also is hereby incorporated by reference. Further claimed the present application claims priority under 35 U.S.C. 119 (e) the simultaneously pending U.S. Provisional Patent Application Serial No. 60 / 455,729, on the 17th of March 2003, entitled "Microchannel heat exchanger apparatus with porous configuration and method of manufacturing thereof "(" microchannel heat exchanger device with porous Configuration and method of making the same "), which are hereby incorporated by reference becomes.

Gebiet der ErfindungTerritory of invention

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Wärmetauscher. Mehr im einzelnen bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Systeme und Vorrichtungen sowie auf Verfahren zum Verwenden von Ausbreiteinrichtungen für einen fluidgekühlten, mikroskalierten Wärmetausch auf eine optimale Weise.The The present invention relates to the field of heat exchangers. More particularly, the present invention relates to systems and devices and methods of using spreaders for one fluid-cooled, microscale heat exchange in an optimal way.

Hintergrund der Erfindungbackground the invention

Aufgrund der zunehmenden Leistungsfähigkeit von elektronischen Komponenten besteht eine Notwendigkeit nach höheren Raten der Wärmeabfuhr. Derartige Komponenten weisen eine größere Wärmeerzeugung und kleinere Einheitsgrößen auf. Beispielsweise besteht eine Notwendigkeit, Wärme von Zentralprozessoreinheiten (CPUs) von Personalcomputern in einem Bereich von 50 bis 200 W abzuführen.by virtue of the increasing efficiency There is a need for higher rates for electronic components the heat dissipation. Such components have greater heat generation and smaller unit sizes. For example, there is a need to heat from central processing units (CPUs) of personal computers in a range of 50 to 200 W dissipate.

Verfahren zur Kühlung mit Luft mittels erzwungener und freier Konvektion in Verbindung mit Wärmesenken dienen gegenwärtig als vorherrschendes Verfahren zum Kühlen von Elektronikkomponenten. Die gegenwärtig eingesetzten, herkömmlichen Lüftungssysteme, bei denen aus Aluminium extrudierte oder formgegossene Rippenwärmesenken verwendet werden, sind nicht ausreichend zum Kühlen des großen Wärmeflusses von Chipoberflächen oder für eine große Wärmeableitung bei niedrigem thermischen Widerstand und kompakter Größe.method for cooling with air by means of forced and free convection with heat sinks currently serve as the predominant method of cooling electronic components. The present used, conventional Ventilation systems, aluminum extruded or molded ribbed heat sinks are not sufficient to cool the large heat flow of chip surfaces or for a big heat dissipation with low thermal resistance and compact size.

Derartige luftgekühlte Wärmesenken erfordern allerdings eine größere Oberfläche, um effektiv zu arbeiten. Um in der Lage zu sein, die vergrößerte Wärmelast zu übertragen, müssen die Wärmesenken größer werden. Um an größere Wärmesenken angepaßt zu sein, wird bei Prozessoren eine thermisch leitende Wärmeausbreiteinrichtung verwendet. Allerdings ist von Nachteil, daß die Wärmeausbreiteinrichtung die Gesamtgröße des Oberflächenbereichs auf einer gedruckten Schaltungsplatte, die von einer solchen elektronischen Komponente benötigt wird, vergrößert. Dies hat die Verwendung von größeren Lüftern notwendig gemacht, um den vergrößerten Druckabfall zu überwinden. Daher benötigen gegenwärtig eingesetzte Kühlverfahren einen erheblichen Platz auf der einen Seite, während sie auf der anderen Seite den Eintritt des Luftstroms und die Austrittswege blockieren.such air-cooled heat sinks however, require a larger surface area to to work effectively. In order to be able to increase the heat load transferred to, have to the heat sinks grow. To get bigger heat sinks customized Being a processor becomes a thermally conductive Wärmeausbreiteinrichtung used. However, it is disadvantageous that the Wärmeausbreiteinrichtung the Total size of the surface area on a printed circuit board made by such an electronic component needed is enlarged. This has the use of larger fans necessary made to the increased pressure drop to overcome. Therefore, need currently used cooling method a considerable amount of space on one side while being on the other side block the entry of the airflow and the exit routes.

Weiterhin werden Rippen mit einem hohen Schlankheitsgrad verwendet, um Wärme mit geringem thermischen Widerstand an die Umgebung abzuführen. Allerdings besteht eine Notwendigkeit danach, die Temperatur in der X-Y-Richtung gleichmäßig zu halten, worin ein Nachteil von gegenwärtig eingesetzten, herkömmlichen Verfahren zur Wärmeableitung liegt, bei denen lediglich eine Wärmeübertragung in einer Richtung erfolgt.Farther Ribs with a high degree of slimming are used to heat with dissipate low thermal resistance to the environment. Indeed there is a need for it, the temperature in the X-Y direction to keep even wherein a disadvantage of present used, conventional Process for heat dissipation lies where only a heat transfer takes place in one direction.

Es besteht daher ein Bedarf nach einem effizienteren und effektiveren Kühlsystem. Dieses Ziel kann durch die Verwendung von Verfahren und Vorrichtungen zur Flüssigkeitskühlung erreicht werden. Ein Kühlsystem mit gepumpter Flüssigkeit kann mehr Wärme mit einem erheblich geringeren Strömungsvolumen abführen und eine bessere Gleichmäßigkeit der Temperatur aufrechterhalten. Diese Ergebnisse werden mit einem wesentlich geringeren akustischen Geräusch erreicht.There is therefore a need for a more efficient and effective cooling system. This goal can be achieved by the use of methods and devices for liquid cooling. A pumped fluid cooling system can dissipate more heat with a significantly lower flow volume and maintain better temperature uniformity. These results are achieved with a much lower acoustic noise.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Die Miniaturisierung von elektronischen Komponenten oder Bauteilen hat zu erheblichen Problemen geführt, die mit der Überhitzung von integrierten Schaltungen zusammenhängen. Eine effektive Kühlung von Wärmeströmen, die 100 W/cm² überschreiten, von einer relativ kleinen Oberfläche, ist erforderlich. Fluidgekühlte, mikroskalierte Wärmetauscher bieten er hebliche Vorteile im Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit zur Abführung eines Wärmestroms, im Vergleich mit herkömmlichen Kühlvorrichtungen. Es sei darauf verwiesen, daß der mikroskalierte Wärmetauscher je nach der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aus Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur oder aus Mikrosäulen bestehen kann, oder aus der Gruppe von Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur und Mikrosäulen bestehen oder daraus ausgewählt sein kann.The miniaturization of electronic components or components has led to significant problems associated with the overheating of integrated circuits. Effective cooling of heat fluxes exceeding 100 W / cm ² from a relatively small surface area is required. Fluid cooled, micro scaled heat exchangers offer significant advantages in terms of their capacity to dissipate heat flow compared to conventional cooling devices. It should be understood that, depending on the embodiment of the present invention, the micro-scaled heat exchanger may consist of or be selected from microchannels, a microporous structure or microcolumns, or may be selected from the group of microchannels, a microporous structure and microcolumns.

Wärmeströme von mehr als 100 W/cm² können unter Verwendung der vorliegend offenbarten mikroskalierten Wärmetauscher abgeführt werden, die aus Mikrokanälen aus Silizium oder aus anderen Materialien bestehen, von Wärmequellen wie bspw. einem Mikroprozessor. Anders als beim Stand der Technik stellen fluidgekühlte mikroskalierte Wärmetauscher, wie sie in der vorliegenden Erfindung offenbart sind, eine extrem große Wärmeübertragungsfläche pro Einheitsvolumen auf eine optimale Weise zur Verfügung. Die mikroskalierten Wärmetauscher der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bestehen aus Mikrokanälen mit Mikrokanalwänden mit Breitenabmessungen im Bereich von und einschließlich 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer. Alternative Ausführungsformen des mikroskalierten Wärmetauschers beinhalten Mikrokanäle, eine mikroporöse Struktur oder Mikrosäulen, oder bestehen aus der Gruppe von Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur und Mikrosäulen oder sind daraus ausgewählt. Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hält im wesentlichen eine gleichmäßige Temperatur in der X-Y-Richtung aufrecht, zusätzlich dazu, daß Wärme an die Umgebung mit niedrigem thermischen Widerstand abgegeben wird. Dies wird dadurch erreicht, daß Rippen mit einem großen Schlankheitsgrad verwendet werden, die Wärme an die Umgebung mit niedrigem thermischen Widerstand übertragen, während gleichzeitig eine Gleichmäßigkeit der Temperatur in der X-Y-Richtung aufrechterhalten wird, was bei gegenwärtig verwendeten, herkömmlichen Verfahren zur Wärmeableitung ein Problem bzw. einen Nachteil darstellt, bei denen Wärme lediglich in einer Richtung übertragen wird.Heat fluxes greater than 100 W / cm ² can be dissipated using the presently disclosed microsized heat exchangers consisting of microchannels of silicon or other materials, heat sources such as a microprocessor. Unlike the prior art, fluid cooled micro scaled heat exchangers as disclosed in the present invention provide an extremely large heat transfer area per unit volume in an optimum manner. The micro scaled heat exchangers of the preferred embodiment of the present invention consist of microchannels having microchannel walls with width dimensions ranging from and including 10 microns to 100 microns. Alternative embodiments of the microscale heat exchanger include or are selected from microchannels, a microporous structure, or microcolumns, or are selected from the group of microchannels, a microporous structure, and microcolumns. The preferred embodiment of the present invention maintains substantially uniform temperature in the XY direction, in addition to dissipating heat to the low thermal resistance environment. This is achieved by using large-slit ribs that transfer heat to the low thermal resistance environment while maintaining temperature uniformity in the XY direction, which is a problem with currently used conventional heat dissipation methods or a disadvantage in which heat is transmitted only in one direction.

Damit fluidgekühlte mikroskalierte Wärmetauscher eine extrem große Wärmeübertragungsfläche je Einheitsvolumen bereitstellen können, müssen die geometrischen Parameter der Wärmetauscher sorgfältig betrachtet werden, da diese Parameter einen Einfluß auf die Eigen schaften der konvektiven Wärmeübertragung haben. Aus diesem Grunde werden bei der Auslegung von Systemen, bei denen die vorliegende Erfindung eingesetzt wird, vorzugsweise Schlüsselparameter wie etwa der Druck, der benötigt wird, um das Kühlfluid zu pumpen, die Durchflußrate, der hydraulische Durchmesser des Kanals, die Temperatur des Fluids und der Kanalwand sowie die Anzahl der Kanäle optimiert. Die vorliegende Erfindung stellt optimierte Parameter bereit, so daß die fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauscher in der Lage sind, als effizientes und ökonomisches Mittel zum Abführen einer großen Wärmelast je Einheitsvolumen zu dienen.In order to fluid-cooled Microscale heat exchangers an extremely big one Heat transfer area per unit volume can provide have to Carefully consider the geometric parameters of the heat exchangers since these parameters have an influence on the properties of the convective heat transfer to have. For this reason, when designing systems, in which the present invention is used, preferably key parameters such as the pressure needed is going to be the cooling fluid to pump, the flow rate, the hydraulic diameter of the channel, the temperature of the fluid and the channel wall and the number of channels optimized. The present The invention provides optimized parameters so that the fluid cooled microscaled heat exchangers are able, as an efficient and economical means for discharging a huge heat load to serve per unit volume.

Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen spezielle Bauarten von Ausbreiteinrichtungen bereit, die für einen fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetausch verwendet werden. Spezielle Materialien und Abmessungsbereiche, bei denen sich im Wege von Simulationen gezeigt hat, daß sie erhebliche Vorteile in der Leistungscharakteristik mit sich bringen, sind ebenfalls durch die vorliegende Erfindung offenbart. Mikrokanäle mit großen Schlankheitsgraden mit Verhältnissen von Tiefe zu Breite im Verhältnis von 10 bis 50 werden für den mikroskalierten Wärmetauscher bevorzugt, insbesondere für eine einphasige Flüssigkeitsströmung. Diese Schlankheitsgrade ermöglichen, daß große Mengen an Fluid durch den fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauscher bei einem optimierten Druckabfall gepumpt werden, während das Fluid gleichzeitig die Möglichkeit hat, einen hohen thermischen Konvektionskoeffizienten an die Seitenwände der Mikrokanäle aufrechtzuerhalten, bei der mit Mikrokanälen versehenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.The embodiments of the present invention represent special types of spreaders ready for that a fluid cooled microscale heat exchange be used. Special materials and dimensions, which have been shown by simulations to be substantial Benefits in the performance characteristics are also disclosed by the present invention. Microchannels with great slenderness with circumstances from depth to width in proportion from 10 to 50 will be for the micro scaled heat exchanger preferred, in particular for a single-phase liquid flow. These Allow for slimming that big amounts fluid through the fluid-cooled Microscale heat exchanger be pumped at an optimized pressure drop while the Fluid at the same time the opportunity has a high thermal convection coefficient to the sidewalls of the microchannels maintain, in the embodiment provided with microchannels of the present invention.

In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhalten ein Ausbreitungsbereich und ein mikroskalierter Bereich die getrennten Komponenten der mikroskalierten fluidgekühlten Wärmetauschervorrichtung. Der Ausbreitungsbereich, der vorzugsweise aus Kupfer besteht, ist bevorzugt zwischen dem mikroskalierten Bereich, der vorzugsweise aus Silizium besteht, und der Wärmequelle, bei der es sich vorzugsweise um einen Mikroprozessor handelt, angeordnet. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegen der Ausbreitungsbereich, der mikroskalierte Bereich und die Wärmequelle in einer monolithischen Konfiguration vor und bilden eine monolithische Struktur, d. h. die Kompo nenten der Vorrichtung bestehen aus, bilden oder sind gebildet aus einer einzigen Einheit. Unabhängig von der Ausführungsform ist der eine größere thermische Leitfähigkeit aufweisende Ausbreitungsbereich in seitlicher oder Querrichtung breiter als die Wärmequelle und liegt zwischen dem mikroskalierten Bereich und der Wärmequelle, und daß der mikroskalierte in bezug auf die Wärmequelle (auf beiden Seiten der Wärmequelle) übersteht, wie nachfolgend noch mehr im einzelnen beschrieben wird.In the preferred embodiment of the present invention, a propagation region and a microscale region include the separate components of the micro-scaled fluid-cooled heat exchange device. The propagation region, which preferably consists of copper, is preferably arranged between the microscale region, which preferably consists of silicon, and the heat source, which is preferably a microprocessor. In alternative embodiments of the present Er The propagation region, the microscale region and the heat source are in a monolithic configuration and form a monolithic structure, ie the components of the device consist of, form or are formed from a single unit. Regardless of the embodiment, the propagation area having a larger thermal conductivity is wider in the lateral or transverse direction than the heat source and is located between the microscale area and the heat source, and the microscale protrudes with respect to the heat source (both sides of the heat source), as follows will be described in more detail.

Die genaue Breite für die mikroskalierten und Ausbreitungsbereiche werden offenbart. Zusätzlich offenbart die vorliegende Erfindung spezielle Bereiche für optimale Abmessungen der mikroskalierten und Ausbreitungsbereiche, die die thermische Leistungsfähigkeit maximieren.The exact width for the microscale and propagation areas are revealed. Additionally disclosed the present invention specific areas for optimum dimensions of microscale and propagation areas that improve thermal performance maximize.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenShort description the drawings

1A erläutert eine Querschnittsansicht eines fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschers, bei dem das Fluid unmittelbar mit dem Ausbreitungsbereich in Kontakt steht, gemäß der vorliegenden Erfindung. 1A FIG. 12 illustrates a cross-sectional view of a fluid-cooled micro-scaled heat exchanger in which the fluid is in direct contact with the propagation area in accordance with the present invention. FIG.

1B zeigt eine perspektivische Ansicht des eines mikroskalierten Bereichs, der mehrere unterschiedliche Wärmeübertragungsmerkmale gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist. 1B FIG. 12 is a perspective view of a microscale portion having a plurality of different heat transfer features in accordance with the present invention. FIG.

2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zusammengesetzten fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschers mit einer Sammelleitungs-Lage gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 shows a schematic cross-sectional view of a composite fluid-cooled micro-scaled heat exchanger with a busbar layer according to the present invention.

3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines zusammengesetzten fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschers, der verflochtene Sammelleitungen auf der oberen Lage beinhaltet, gemäß der vorliegenden Erfindung. 3A FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view of a composite fluid cooled micro-scaled heat exchanger incorporating interlaced manifolds on the top layer according to the present invention. FIG.

3B zeigt eine Querschnittsansicht des zusammengesetzten fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschers, der in 3A dargestellt ist, gemäß der vorliegenden Erfindung. 3B shows a cross-sectional view of the composite fluid-cooled micro-scaled heat exchanger, which in 3A is shown, according to the present invention.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformdetailed Description of the preferred embodiment

Die geometrischen Parameter von Wärmetauschern haben einen erheblichen Einfluß auf deren konvektive Wärmeübertragungseigenschaften. Aus diesem Grunde werden bei Auslegungen oder Konstruktionen gemäß der vorliegenden Erfindung vorzugsweise Schlüsselparameter des Wärmetauschs optimiert, wie etwa: der Druck, der benötigt wird, um das Kühlfluid zu pumpen; der Strömungsdurchsatz; der hydraulische Durchmesser des Kanals; die Temperatur des Fluids und der Kanalwand; und die Anzahl der benötigten Kanäle. Die vorliegende Erfindung stellt optimierte Parameter bereit, so daß die fluidgekühlte mikroskalierte optimierte Ausbreitungseinrichtung die Möglichkeit erhält, als ein effizientes und ökonomisches Mittel zum Abführen einer großen Wärmelast je Einheitsvolumen zu dienen.The geometric parameters of heat exchangers have a significant impact on their convective heat transfer properties. For this reason, in designs or constructions according to the present Invention preferably key parameters the heat exchange optimized, such as: the pressure that is needed to the cooling fluid to pump; the flow rate; the hydraulic diameter of the channel; the temperature of the fluid and the channel wall; and the number of channels required. The present invention Provides optimized parameters so that the fluid-cooled micro-scaled optimized propagation device gets the opportunity as an efficient and economical Means for removing a big one heat load to serve per unit volume.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen effektive und effiziente Lösungen bereit, um die absoluten und relativen Abmessungen des fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschers, seiner Ausbreitungs- und mikroskalierten Bereiche und auch des Überstands des Mikrostrukturbereichs in bezug auf eine Wärmequelle wie etwa einen Mikroprozessor zu optimieren. Die Dicke und Breite des mikroskalierten Bereichs und des Ausbreitungsbereichs nach der vorliegenden Erfindung gleichen den vertikalen thermischen Widerstand des mikroskalierten Bereichs und des Ausbreitungsbereichs gegenüber der Vergrößerung der Fläche für einen optimierten Wärmeübergang in ein Fluid aus.embodiments of the present invention provide effective and efficient solutions to the absolute and relative dimensions of the fluid-cooled micro-scaled heat exchanger, its propagation and microscale areas and also the supernatant of the microstructure area with respect to a heat source such as a microprocessor to optimize. The thickness and width of the microscale area and of the propagation range according to the present invention the vertical thermal resistance of the microscale area and the range of propagation over the enlargement of the area for one optimized heat transfer into a fluid.

1A zeigt eine Vorrichtung 100 für einen fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetausch von einer Wärmequelle 101. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Wärmequelle 101 ein Mikroprozessor. Das Fluid besteht in bevorzugter Weise aus Wasser, wobei aber in alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Fluid die Gruppe von Wasser, Ethylenglykol, Isopropylalkohol, Ethanol, Methanol und Wasserstoffperoxid umfaßt bzw. daraus ausgewählt ist. Vorzugsweise beinhaltet die Vorrichtung 100 einen zusammengesetzten fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschbereich 104 und einen Ausbreitungsbereich 103, wobei das Fluid in bevorzugter Weise unmittelbar mit dem Ausbreitungsbereich 103 in Kontakt steht, wie nachfolgend noch mehr im einzelnen beschrieben wird. 1A shows a device 100 for a fluid cooled micro scaled heat exchange from a heat source 101 , In the preferred embodiment of the present invention, the heat source is 101 a microprocessor. The fluid is preferably water, but in alternative embodiments of the present invention, the fluid includes or is selected from the group consisting of water, ethylene glycol, isopropyl alcohol, ethanol, methanol and hydrogen peroxide. Preferably, the device includes 100 a composite fluid cooled microscale heat exchange region 104 and a propagation area 103 , wherein the fluid is preferably directly with the propagation region 103 is in contact, as will be described in more detail below.

Insbesondere weist die Vorrichtung 100 einen Ausbreitungsbereich 103 und einen mikroskalierten Bereich 104 auf. Die Wärmequelle 101 hat bevorzugt eine Breite. Der mikroskalierte Bereich 104 ist so konfiguriert, daß er eine Strömung von Fluid durch diesen hindurch zuläßt, und weist eine Breite und eine Dicke auf. Weiterhin weist der Ausbreitungsbereich 103 eine Breite und eine Dicke auf. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Breite des Ausbreitungsbereichs 103 und des mikroskalierten Bereichs 104 größer als die Breite der Wärmequelle 101.In particular, the device 100 a propagation area 103 and a microscale area 104 on. The heat source 101 preferably has a width. The microscale area 104 is configured to allow a flow of fluid therethrough, and has a width and a thickness. Furthermore, the propagation area 103 a width and a thickness. In the preferred embodiment of the present invention, the width of the propagation region 103 and the microscale area 104 greater than the width of the heat source 101 ,

Wie in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung offenbart ist, liegt die optimale Dicke des Ausbreitungsbereichs, die Abmessung H_SR, in dem Bereich von 0,3 bis 2,0 mm. Weiterhin beträgt die Überhang- oder Überstandsabmessung W_OH, die auch als der Unterschied zwischen den Breiten des mikroskalierten Bereichs und der entsprechenden Wärmequelle, W_S – W_m, bezeichnet ist, in dem Bereich von 0 bis 15 mm auf jeder Seite der Wärmequelle. Die Höhe des mikroskalierten Bereichs 104, H_MS, ist im Detail weiter unten erläutert. Der tatsächlich gewählte Wert hängt von zahlreichen Überlegungen ab, wie bspw. von den Herstellkosten.As disclosed in the embodiments of the present invention, the optimum thickness of the propagation region, the dimension H _SR , is in the range of 0.3 to 2.0 mm. Further, the overhang dimension W _OH , which is also referred to as the difference between the widths of the microscale area and the corresponding heat source, W _s -W _m , is in the range of 0 to 15 mm on each side of the heat source. The height of the microscale area 104 , H _MS , is explained in detail below. The actual value chosen depends on numerous considerations, such as the manufacturing costs.

Der mikroskalierte Bereich 104 ist so konfiguriert, daß er eine Strömung von Fluid durch diesen hindurch zuläßt. Der mikroskalierte Bereich 104 weist in bevorzugter Weise Mikrokanäle auf, wobei die Mikrokanäle Wände haben, weist allerdings in alternativen Ausführungsformen eine mikroporöse Struktur oder Mikrosäulen auf, oder besteht aus der Gruppe von Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur und Mikrosäulen. Der Ausbreitungsbereich 103 nach der vorliegenden Erfindung wird alternativ in Verbindung mit einem Wärmetauscher verwendet, der in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/680,584, die am 6. Oktober 2003 eingereicht worden ist und den Titel "Method and apparatus for effi cient vertical fluid delivery for cooling a heat producing device" ("Verfahren und Vorrichtung zur effizienten vertikalen Fluidabgabe zur Kühlung eines wärmeerzeugenden Geräts") trägt, beschrieben ist, die hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen ist. Zusätzlich können weitere Einzelheiten der Mikrokanäle, der Mikrosäulen und der mikroporösen Strukturen in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit der Seriennummer Cool-01800, eingereicht am ..., mit dem Titel "Method and apparatus for achieving temperature uniformity and hot spot cooling in a heat producing device" ("Verfahren und Vorrichtung zum Erzielen einer gleichförmigen Temperatur und Kühlung von heißen Punkten in einem wärmeerzeugenden Gerät") entnommen werden, die hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen wird.The microscale area 104 is configured to allow a flow of fluid therethrough. The microscale area 104 preferably has microchannels, wherein the microchannels have walls, but in alternative embodiments has a microporous structure or microcolumns, or consists of the group of microchannels, a microporous structure and microcolumns. The propagation area 103 according to the present invention is alternatively used in conjunction with a heat exchanger disclosed in co-pending patent application Serial No. 10 / 680,584, filed October 6, 2003 and entitled "Method and apparatus for efficient vertical fluid delivery for cooling a heat producing device "(" Method and apparatus for efficient vertical fluid delivery for cooling a heat generating device "), which is hereby incorporated by reference. In addition, further details of the microchannels, microcolumns, and microporous structures may be found in co-pending application Serial No. Cool-01800, filed Mar. 19, entitled "Method and apparatus for achieving temperature uniformity and hot spot cooling in a heat producing Device "(" Method and apparatus for obtaining a uniform temperature and cooling of hot spots in a heat generating device "), which is hereby incorporated by reference.

1B zeigt eine perspektivische Ansicht des mikroskalierten Bereichs 104, der mit dem Ausbreitungsbereich 103 gekoppelt ist. Der mikroskalierte Bereich 104, der in 1B dargestellt ist, weist mehrere unterschiedliche Merkmale zur Wärmeübertragung gemäß der vorliegenden Erfindung auf. Der mikroskalierte Bereich 104' umfaßt mehrere Mikrokanäle 10, wobei zwei der Mikrokanäle die gleiche Form aufweisen und ein Mikrokanal 12 einen Abschnitt aufweist, der sich höher als der andere Abschnitt erstreckt. Weiterhin sind die Mikrokanäle 14 um einen größeren Abstand voneinander angeordnet, im Vergleich zu dem Abstand zwischen den Mikrokanälen 10 und 12. Zusätzlich weist der mikroskalierte Bereich 104' mehrere Mikrosäulen 20 und 22 von unterschiedlichen Höhenabmessungen auf, die auf diesem gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet sind. Wie in 1B dargestellt ist, erstrecken sich die Mikrosäulen 22 in vertikaler Richtung von der unteren Oberfläche des mikroskalierten Bereichs 104' bis zu einer vorbestimmten Höhe, möglicherweise bis zu der gesamten Höhe des mikroskalierten Bereichs 104'. Die Mikrosäulen 20 erstrecken sich in vertikaler Richtung in einem geringeren Maß als die Mikrosäulen 22. Die Mikrosäulen 22 können jegliche Form haben, einschließlich, aber nicht begrenzt auf, Zapfen oder Stifte (1B), quadratisch (nicht dargestellt), rautenförmig (nicht dargestellt), elliptisch (nicht dargestellt), hexagonal (nicht dargestellt), kreisförmig oder irgendeine andere Form. Der mikroskalierte Bereich 104' weist alternativ eine Kombination aus unterschiedlich geformten Mikrosäulen auf, die auf diesem angeordnet sind. Zusätzlich zeigt 1B eine mikroporöse Struktur 30, die auf dem mikroskalierten Bereich 104' angeordnet ist. 1B shows a perspective view of the microscale area 104 that with the propagation area 103 is coupled. The microscale area 104 who in 1B has several different heat transfer features according to the present invention. The microscale area 104 ' includes several microchannels 10 wherein two of the microchannels have the same shape and a microchannel 12 has a portion that extends higher than the other portion. Furthermore, the microchannels 14 arranged at a greater distance from each other, as compared to the distance between the microchannels 10 and 12 , In addition, the microscale area indicates 104 ' several microcolumns 20 and 22 of different height dimensions arranged thereon according to the present invention. As in 1B is shown, extend the microcolumns 22 in the vertical direction from the lower surface of the microscale region 104 'to a predetermined height, possibly up to the entire height of the microscale region 104 ' , The microcolumns 20 extend in the vertical direction to a lesser extent than the microcolumns 22 , The microcolumns 22 may have any shape, including, but not limited to, pins or pins ( 1B ), square (not shown), diamond-shaped (not shown), elliptical (not shown), hexagonal (not shown), circular or any other shape. The microscale area 104 ' alternatively has a combination of differently shaped microcolumns, which are arranged on this. Additionally shows 1B a microporous structure 30 that are on the microscale area 104 ' is arranged.

Es wird deutlich, daß der mikroskalierte Bereich 104' einen Typ eines wärmeübertragenden Merkmals oder alternativ jegliche Kombination von unterschiedlichen wärmeübertragenden Merkmalen aufweisen kann, wie bspw. Mikrokanäle, Mikrosäulen oder mikroporöse Strukturen.It becomes clear that the microscale area 104 ' a type of heat transferring feature, or alternatively any combination of different heat transferring features, such as microchannels, microcolumns or microporous structures.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist Mikrokanäle auf, wobei die Mikrokanäle Wände aufweisen, mit Höhen (d. h. in Richtung senkrecht zu der Wärmequelle) H_MS in dem Bereich von 50 Mikrometer bis 2 Millimeter und Breiten der Wände der Mikrokanäle in dem Bereich von 10 bis 150 Mikrometer. Die aktuellen Herstellungstechniken, die diese Seitenverhältnisse oder Schlankheitsgrade erzielen können, sind bspw. Plasmaätzen und LIGA-Herstellung. Die meisten dieser Techniken werden gegenwärtig bei der Halbleiterherstellung (hauptsächlich Silizium) eingesetzt. In der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht der mikroskalierte Bereich 104 aus Silizium. Silizium bietet eine angemessen große Leitfähigkeit von etwa 120 W/m-K, die es ermöglicht, daß die Wärme effektiv entlang den Seitenwänden der Kanäle nach oben geleitet wird. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht der mikroskalierte Bereich 104 aus einem Material mit einer thermischen Leitfähigkeit von mehr als 25 W/m-K. In noch weiteren Ausführungsformen besteht der mikroskalierte Bereich 104 aus einem Halbleitermaterial. Alternative Materialien für den mikroskalierten Bereich 104, die angemessene Seitenverhältnisse bereitstellen, umfassen, sind allerdings nicht beschränkt auf, Silizium, Germanium, Siliziumkarbid, präzisionsbearbeitete Metalle und Metallegierungen oder Verbundwerkstoffe oder Kombinationen. Weiterhin besteht der Ausbreitungsbereich 103 in bevorzugter Weise aus Kupfer. Kupfer mit etwa 400 W/m-K ist das bevorzugte Material für den Ausbreitungsbereich 103 aufgrund von Überlegungen betreffend Kosten und thermische Leitfähigkeit, obwohl Diamant mit etwa 2000 W/m-K, Silber mit etwa 430 W/m-K, Aluminium mit etwa 395 W/m-K, Siliziumkarbid mit etwa 400 W/m-K oder eine Kombination oder ein Verbundmaterial ebenfalls verwendet werden können. Es ist von Bedeutung darauf hinzuweisen, daß jegli ches Material mit einer thermischen Leitfähigkeit, die gleich wie oder größer als die von Silizium ist, und das eine Wärmeausbreitung oder -verteilung durch den Ausbreitungsbereich 103 ermöglicht, für den Ausbreitungsbereich 103 verwendet werden kann. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung besteht der Ausbreitungsbereich 103 aus einem Material mit einem Wärmeleitfähigkeitswert, der größer als 200 W/m-K ist.The preferred embodiment of the present invention has microchannels with the microchannels having walls with heights (ie in the direction perpendicular to the heat source) H _MS in the range of 50 microns to 2 millimeters and widths of the walls of the microchannels in the range of 10 to 150 microns. The current production techniques that can achieve these aspect ratios or slenderness grades are, for example, plasma etching and LIGA production. Most of these techniques are currently used in semiconductor manufacturing (mainly silicon). In the preferred embodiment of the present invention, the microscale area exists 104 made of silicon. Silicon provides a reasonably sized lead ability of about 120 W / mK, which allows the heat to be effectively conducted up the sidewalls of the channels. In alternative embodiments of the present invention, there is the microscale area 104 made of a material with a thermal conductivity of more than 25 W / mK. In still other embodiments, the microscale region exists 104 from a semiconductor material. Alternative materials for the microscale area 104 that provide adequate aspect ratios include, but are not limited to, silicon, germanium, silicon carbide, precision machined metals and metal alloys, or composites or combinations. Furthermore, the propagation area exists 103 preferably made of copper. Copper at about 400 W / mK is the preferred propagation material 103 due to considerations of cost and thermal conductivity, although diamond at about 2000 W / mK, silver at about 430 W / mK, aluminum at about 395 W / mK, silicon carbide at about 400 W / mK or a combination or composite material are also used can. It is important to note that any material having a thermal conductivity equal to or greater than that of silicon and having thermal propagation or distribution through the propagation region 103 allows for the propagation area 103 can be used. In alternative embodiments of the present invention, the propagation area exists 103 made of a material with a thermal conductivity value greater than 200 W / mK.

Der Ausbreitungsbereich 103 weist eine erste Seite 103' und eine zweite Seite 103'' auf. Die erste Seite 103' ist auf der Wärmequelle 101 angeordnet und mit dieser gekoppelt, und die zweite Seite 103'' ist mit dem mikroskalierten Bereich 104 gekoppelt. Vorzugsweise ist die erste Seite 103' mit der Wärmequelle 101 über ein thermisches Befestigungsmittel 102 gekoppelt, und die zweite Seite 103'' ist mit dem mikroskalierten Bereich 104 über ein zweites thermisches Befestigungsmittel 102' gekoppelt.The propagation area 103 has a first page 103 ' and a second page 103 '' on. The first page 103 ' is on the heat source 101 arranged and coupled with this, and the second page 103 '' is with the microscale area 104 coupled. Preferably, the first page 103 ' with the heat source 101 via a thermal fastener 102 coupled, and the second page 103 '' is with the microscale area 104 via a second thermal fastener 102 ' coupled.

In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegen der Ausbreitungsbereich 103, der mikroskalierte Bereich 104 und die Wärmequelle 101 in einer monolithischen Konfiguration vor und bilden eine monolithische Struktur.In alternative embodiments of the present invention, the propagation range is 103 , the microscale area 104 and the heat source 101 in a monolithic configuration and form a monolithic structure.

Um einen minimalen thermischen Widerstand zwischen dem Fluid in dem mikroskalierten Bereich 104 und der Wärme, die durch die Wärmequelle 101, bspw. einen Mikroprozessor, freigesetzt wird, zu erzielen, wird bevorzugt, daß sich die Wärme leicht in seitlicher Richtung oder in Querrichtung ausbreitet, während sie sich von der Wärmequelle 101 in Richtung auf den mikroskalierten Bereich 104 bewegt. Daher bestehen sowohl der Ausbreitungsbereich 103 als auch das erste und das zweite thermische Befestigungsmittel 102 und 102' in bevorzugter Weise aus einem Material von hoher thermischer Leitfähigkeit. Zusätzlich wird die Verwendung von geringfügig größeren seitlichen oder Querabmessungen für den Ausbreitungsbereich 103 bevorzugt, so daß die gesamte Fläche für die Wärmeaufnahme durch das Fluid vergrößert wird. Auf diese Weise gleichen die optimale Dicke und Breite des Ausbreitungsbereichs 103 und des mikroskalierten Bereichs 104 den vertikalen thermischen Widerstand des Ausbreitungsbereichs 103 gegenüber der Zunahme in der Fläche für eine Wärmeübertragung in das Fluid aus, wie weiter unten noch beschrieben wird. Die Abmessungen werden auch dadurch bestimmt, ob eine Kühlung durch eine einzelne Phase, bspw. nur Flüssigkeit, oder durch zwei Phasen, bspw. Flüssigkeit und siedende Flüssigkeit, auftritt, und durch die Konfiguration des mikroskalierten Bereichs 104. Die drei nachfolgenden Tabellen geben bevorzugte Abmessungen in Abhängigkeit von der Konfiguration des mikroskalierten Bereichs 104 und auch von der Phase der auftretenden Kühlung an.For a minimum thermal resistance between the fluid in the microscale area 104 and the heat generated by the heat source 101 For example, a microprocessor released to achieve it is preferred that the heat be readily propagated in the lateral or transverse direction as it exits the heat source 101 towards the microscale area 104 emotional. Therefore, both the propagation area exist 103 as well as the first and second thermal fastening means 102 and 102 ' preferably of a material of high thermal conductivity. In addition, the use of slightly larger lateral or transverse dimensions for the propagation area 103 preferably, so that the entire surface is increased for the heat absorption by the fluid. In this way, the optimum thickness and width of the propagation area are the same 103 and the microscale area 104 the vertical thermal resistance of the propagation region 103 versus the increase in area for heat transfer into the fluid, as will be described below. The dimensions are also determined by whether cooling occurs by a single phase, for example, only liquid, or by two phases, for example, liquid and boiling liquid, and by the configuration of the microscale region 104 , The three following tables give preferred dimensions depending on the configuration of the microscale area 104 and also from the phase of cooling occurring.

TABELLE 1

TABLE 1

TABELLE 2

TABLE 2

TABELLE 3

TABLE 3

Es sei darauf verwiesen, daß die optimalen Abmessungen, die in den Tabellen 1, 2 und 3 aufgeführt sind, von den Eigenschaften des Materials und des Fluids abhängen. Allerdings sei darauf verwiesen, daß die aufgeführten optimalen Abmessungen durch einen Mann vom Fach angepaßt werden, wenn andere Materialien oder Fluide verwendet werden, als die, die in der vorliegenden Erfindung diskutiert sind.It It should be noted that the optimal dimensions, which are listed in Tables 1, 2 and 3, depend on the properties of the material and the fluid. Indeed it should be noted that the listed optimal Dimensions are adapted by a man from the subject when other materials or fluids used than those used in the present invention are discussed.

Der Ausbreitungsbereich 103 und der mikroskalierte Bereich 104 können, wie dies durch das erste und zweite thermische Befestigungsmittel 102 und 102' dargelegt ist, unter Verwendung eines aus einer Vielfalt von Verfahren befestigt werden, umfassend, aber nicht beschränkt auf anodisches Verbinden, Hartlöten, Weichlöten und Verbinden mittels Epoxydharz.The propagation area 103 and the microscale area 104 can, as by the first and second thermal fastening means 102 and 102 ' is fastened using one of a variety of methods, including, but not limited to, anodic bonding, brazing, soldering, and epoxy resin bonding.

Wie vorstehend dargelegt, besteht der mikroskalierte Bereich vorzugsweise aus Mikrokanälen oder beinhaltet solche, wobei die Mikrokanäle Wände aufweisen. Zumindest einer der Mikrokanäle weist eine Höhenabmessung innerhalb des Bereichs von und einschließlich 50 Mikrometer und 2 mm auf, und mindestens zwei der Mikrokanäle sind voneinander getrennt durch eine Abstandsabmessung innerhalb des Bereichs von und einschließlich 10 – 150 Mikrometer. Die bevorzugten Mikrokanäle weisen zumindest einen Mikrokanal auf, der eine Breitenabmessung innerhalb des Bereichs von und einschließlich 10 bis 150 Mikrometer aufweist.As As stated above, the microscale range is preferably from microchannels or includes such, wherein the microchannels have walls. At least one the microchannels has a height dimension within the range of and including 50 microns and 2 mm on, and at least two of the microchannels are separated by a distance dimension within the range of and including 10-150 microns. The preferred microchannels have at least one microchannel having a width dimension within the range of and including 10 to 150 microns having.

In alternativen Ausführungsformen weist der mikroskalierte Bereich eine mikroporöse Struktur auf. Die mikroporöse Struktur weist ein poröses Material mit einer Porosität innerhalb des Bereichs von und einschließlich 50 – 80 % auf, wobei die mikroporöse Struktur eine durchschnittliche Porengröße innerhalb des Bereichs von und einschließlich 10 – 200 Mikrometer aufweist. Bei der alternativen Ausführungsform weist die mikroporöse Struktur eine Höhe innerhalb des Bereichs von und einschließlich 0,25 bis 2,0 mm auf.In alternative embodiments For example, the microscale region has a microporous structure. The microporous structure has a porous Material with a porosity within the range of and including 50-80%, with the microporous structure an average pore size within of the range of and including 10 - 200 Having micrometer. In the alternative embodiment, the microporous structure a height within the range of and including 0.25 to 2.0 mm.

In noch einer weiteren Ausführungsform weist der mikroskalierte Bereich Mikrosäulen auf. Die Mikrosäulen weisen eine Anzahl von Stiften oder Zapfen auf, wobei zumindest einer aus der Anzahl von Stiften eine Flächenabmessung innerhalb des Bereichs von und einschließlich (10 Mikrometer)² und (100 Mikrometer)² aufweist. Zumindest einer aus der Anzahl von Stif ten weist eine Höhenabmessung innerhalb des Bereichs von und einschließlich 50 Mikrometer und 2 mm auf, und zumindest zwei aus der Anzahl von Stiften sind voneinander um eine Abstandsabmessung innerhalb des Bereichs von und einschließlich 10 bis 150 Mikrometer getrennt. Es sei auch darauf verwiesen, daß der mikroskalierte Bereich in einer anderen Alternative aus der Gruppe von Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur und Mikrosäulen besteht.In yet another embodiment, the microscale region has microcolumns. The microcolumns have a number of pins or pegs, with at least one of the number of pens having a face dimension within the range of and including (10 microns) ² and (100 microns) ² . At least one of the number of pins has a height dimension within the range of and including 50 microns and 2 mm, and at least two of the number of pins are separated from each other by a distance dimension within the range of and including 10 to 150 microns. It should also be noted that in another alternative, the microscale region is comprised of microchannels, a microporous structure, and microcolumns.

2 erläutert eine schematische Querschnittsansicht eines zusammengesetzten fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschers mit einer Sammelleitungs-Lage, gemäß der vorliegenden Erfindung. Insbesondere zeigt 2 eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die Vorrichtung 200 eine Wärmequelle 201, ein thermisches Befestigungsmittel 202, einen Ausbreitungsbereich 203 mit einer ersten Seite 203' und einer zweiten Seite 203'', ein zweites thermisches Befestigungsmittel 202', einen mikroskalierten Bereich 204 und eine Sammelleitungs-Lage 205 aufweist. Das Fluid tritt in die Vorrichtung 200 ein und verläßt diese über den Einlaß/Auslaß 206. Der mikroskalierte Bereich 204 ist so konfiguriert, daß er Fluid von den Einlaß/Auslaß 206 aufnimmt und einen Fluidstrom durch den mikroskalierten Bereich 204 zuläßt. Der mikroskalierte Bereich 204 besteht in bevorzugter Weise aus Mikrokanälen, wobei die Mikrokanäle Wände aufweisen, kann allerdings alternativ aus einer mikroporösen Struktur oder aus Mikrosäulen bestehen, oder kann aus der Gruppe von Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur und Mikrosäulen bestehen. Die bevorzugten Mikrokanäle des mikroskalierten Bereichs 204 weisen eine Tiefe (Richtung senkrecht zu der Wärmequelle) in dem Bereich von 50 Mikrometer bis 2 Millimeter auf und Breiten in dem Bereich von 10 bis 150 Mikrometer. Die Wände des mikroskalierten Bereichs 204 bestehen vorzugsweise aus einem Siliziummaterial. Alternative Materialien, die zur Verwendung für die Wände der Mikrokanäle zur Verfügung stehen, beinhalten Siliziumcarbid, Diamant, jegliches Material mit einer thermischen Leitfähigkeit von mehr als 25 W/m-K, ein Halbleitermaterial oder andere Materialien, die weiter oben besprochen worden sind. 2 FIG. 12 illustrates a schematic cross-sectional view of a composite fluid cooled micro scaled heat exchanger having a manifold layer according to the present invention. FIG. In particular shows 2 an alternative embodiment of the present invention, wherein the device 200 a heat source 201 , a thermal fastener 202 , a propagation area 203 with a first page 203 ' and a second page 203 '' , a second thermal fastening means 202 ' , a microscale area 204 and a bus line location 205 having. The fluid enters the device 200 and leaves it via the inlet / outlet 206 , The microscale area 204 is configured to deliver fluid from the inlet / outlet 206 absorbs and fluid flow through the microscale area 204 allows. The microscale area 204 is preferably made up of microchannels, the microchannels having walls, but may alternatively consist of a microporous structure or of microcolumns, or may consist of the group of microchannels, a microporous structure and microcolumns. The preferred microchannels of the microscale range 204 have a depth (direction perpendicular to the heat source) in the range of 50 microns to 2 millimeters and widths in the range of 10 to 150 microns. The walls of the microscale area 204 are preferably made of a silicon material. Alternative materials available for use on the walls of the microchannels include silicon carbide, diamond, any material having a thermal conductivity greater than 25 W / mK, a semiconductor material, or other materials discussed above.

Der Ausbreitungsbereich 203 weist eine erste Seite 203' und eine zweite Seite 203'' auf. Die erste Seite 203' ist auf der Wärmequelle 201 positioniert und mit dieser gekoppelt, die zweite Seite 203'' ist mit dem mikroskalierten Bereich 204 gekoppelt. Vorzugsweise ist die erste Seite 203' mit der Wärmequelle 201 über ein thermisches Befestigungsmittel 202 gekoppelt, und die zweite Seite 203'' ist mit dem mikroskalierten Bereich 204 über ein zweites thermisches Befestigungsmittel 202' gekoppelt. Das erste und zweite thermische Befestigungsmittel 202 und 202' weisen vorzugsweise ein Material mit einer großen Wärmeleitfähigkeit auf. Der Ausbreitungsbereich 203 und der mikroskalierte Bereich 204 (oder der Ausbreitungsbereich 203, der mikroskalierte Bereich 204 und die Sammelleitungs-Lage 205) können befestigt werden (wie dargestellt, bspw. mittels des ersten und zweiten thermischen Befestigungsmittels 202 und 202'), indem eines aus einer Vielzahl von Verfahren verwendet wird, einschließlich, aber nicht beschränkt auf anodisches Verbinden, Hartlöten, Weichlöten und Verbinden mittels Epoxidharz. In alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung liegen der Ausbreitungsbereich 203, der mikroskalierte Bereich 204, die Sammelleitungs-Lage 205 und die Wärmequelle 201 in einer monolitischen Konfiguration vor und bilden eine monolitische Struktur.The propagation area 203 has a first page 203 ' and a second page 203 '' on. The first page 203 ' is on the heat source 201 positioned and coupled with this, the second page 203 '' is with the microscale area 204 coupled. Preferably, the first page 203 ' with the heat source 201 via a thermal fastener 202 coupled, and the second page 203 '' is with the microscale area 204 via a second thermal fastener 202 ' coupled. The first and second thermal fastening means 202 and 202 ' preferably have a material with a high thermal conductivity. The propagation area 203 and the microscale area 204 (or the propagation area 203 , the microscale area 204 and the manifold location 205 ) can be attached (as shown, for example by means of the first and second thermal fastening means 202 and 202 ' Using one of a variety of methods, including, but not limited to, anodic bonding, brazing, soldering, and epoxy bonding. In alternative embodiments of the present invention, the propagation range is 203 , the microscale area 204 , the bus route situation 205 and the heat source 201 in a monolithic configuration and form a monolithic structure.

Der Ausbreitungsbereich 203 besteht aus Kupfer, obwohl Diamant, Silber, Aluminium und Siliziumkarbid, ein Verbundmaterial oder die anderen Materialien, die weiter oben beschrieben worden sind, ebenfalls verwendet werden können. Weiterhin kann jegliches Material oder ein Verbundmaterial mit einer größeren thermischen Leitfähigkeit als Silizium, d.h. mit Wärmeleitfähigkeitswerten von mehr als 200 W/m-K, für den Ausbreitungsbereich 203 verwendet werden.The propagation area 203 is made of copper, although diamond, silver, aluminum and silicon carbide, a composite material or the other materials described above may also be used. Furthermore, any material or composite having a greater thermal conductivity than silicon, ie having thermal conductivity values greater than 200 W / mK, can be used for the propagation range 203 be used.

Die Sammelleitungs-Lage 205 weist verflochtene Sammelleitungen auf, die in bevorzugter Weise mit dem mikroskalierten Bereich 204 gekoppelt sind. In anderen Ausführungsformen sind diese verflochtenen Sammelleitungen mit dem Ausbreitungsbereich 203 allein gekoppelt, oder alternativ sowohl mit dem mikroskalierten Bereich 204 als auch mit dem Ausbreitungsbereich 203. Die Sammelleitungs-Lage 205 besteht in bevorzugter Weise aus Glas. Die Sammelleitungs-Lage 205, die in 2 dargestellt ist, könnte auch in anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In alternativen Ausführungsformen weist die Sammelleitungs-Lage eine Vielzahl von einzelnen Löchern auf, um Fluid in die und aus der Wärmetauschvorrichtung heraus zu kanalisieren. Die Einzelheiten von Sammelleitungs-Lagen und unterschiedlichen Ausführungsformen der Sammelleitungs-Lagen sind in der gleichzeitig anhängigen Patentanmeldung mit der Serien-Nr. 10/680,584 beschrieben, die am 6. Oktober 2003 eingereicht worden ist und den Titel "METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING A HEAT PRODUCING DEVICE (Verfahren und Vorrichtung zur effizienten vertikalen Fluidabgabe zum Kühlen einer wärmeerzeugenden Vorrichtung)" trägt, die hierdurch unter Bezugnahme aufgenommen ist.The manifold situation 205 has interlaced manifolds, preferably with the microscale area 204 are coupled. In other embodiments, these interlaced manifolds are with the propagation area 203 coupled alone, or alternatively with both the microscale area 204 as well as with the propagation area 203 , The manifold situation 205 is preferably made of glass. The manifold situation 205 , in the 2 could also be used in other embodiments of the present invention. In alternative embodiments, the manifold sheet has a plurality of individual holes for channeling fluid into and out of the heat exchange device. The details of busbar layers and different embodiments of busbar layers are described in co-pending application Ser. No. 10 / 680,584, filed October 6, 2003, entitled "METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING A HEAT PRODUCING DEVICE (Method and Apparatus for Efficient Vertical Fluid Delivery for Cooling a Heat Generating Apparatus)" hereby incorporated by reference.

Die vorliegende Erfindung beschreibt auch ein Verfahren zum Herstellen einer fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauschervorrichtung, umfassend das Herstellen eines mikroskalierten Bereichs, der Silizium umfaßt, das Herstellen eines Ausbreitungsbereichs, der Kupfer umfaßt, und das Koppeln des mikroskalierten Bereichs mit dem Ausbreitungsbereich. Bei alternativen Verfahren sind der mikroskalierte Bereich und der Ausbreitungsbereich monolitisch, wie vorstehend beschrieben ist. Das bevorzugte Verfahren umfaßt eine Herstellung des mikroskalierten Ausbreitungsbereichs ausgehend von präzisionsbearbeiteten Metallen. In alternativen Verfahren wird der mikroskalierte Ausbreitungsbereich ausgehend von präzisionsbearbeiteten Legierungen hergestellt.The The present invention also describes a method of manufacturing a fluid cooled micro scaled heat exchanger device, comprising producing a microscale region comprising silicon, the Producing a propagation region comprising copper, and coupling the microscale region to the propagation region. In alternative methods, the microscale area and the propagation area monolithic, as described above. The preferred method comprises a preparation of the microscale propagation range starting from precision machined Metals. In alternative methods, the microscale spread range starting from precision machined Alloys made.

Weiterhin ist ein System für einen fluidgekühlten mikroskalierten Wärmeaustausch beschrieben. Das nicht dargestellte System weist eine Wärmequelle auf, ein Mittel zum Ausbreiten von Wärme, ein Mittel zum Zuführen von Fluiden und ein Mittel für eine mikroskalierte Fluidströmung. Das Mittel zum Ausbreiten von Wärme ist mit der Wärmequelle gekoppelt. Das Mittel für eine mikroskalierte Fluidströmung ist so konfiguriert, daß es ein Fluid von dem Mittel zum Zuführen von Fluid erhält. Das Mittel für eine mikroskalierte Fluidströmung weist in bevorzugter Weise Mikrokanäle auf, wobei die Mikrokanäle Wände aufweisen, weist allerdings in alternativen Ausführungsformen eine mikroporöse Struktur oder Mikrosäulen auf, oder besteht aus der Gruppe von Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur und Mikrosäulen. Das Mittel für eine mikroskalierte Fluidströmung ist mit dem Mittel zum Ausbreiten von Wärme gekoppelt.Furthermore, a system for a fluid-cooled microscale heat exchange is described. The unillustrated system includes a heat source, a means for dissipating heat, a means for supplying fluids, and a means for a microscale fluid flow. The means for spreading heat me is coupled with the heat source. The means for a microscale fluid flow is configured to receive fluid from the fluid delivery means. The means for a microsized fluid flow preferably has microchannels, the microchannels having walls, but in alternative embodiments has a microporous structure or microcolumns, or consists of the group of microchannels, a microporous structure, and microcolumns. The means for a microscale fluid flow is coupled to the means for dissipating heat.

3A stellt eine mehr ins einzelne gehende Zeichnung für die Ausführungsform dar, die eine zusammengesetzte fluidgekühlte mikroskalierte Wärmetauschervorrichtung mit verflochtenen Sammelleitungen auf der oberen Lage aufweist, in einer Geometrie, die ähnlich ist wie in 2. Insbesondere zeigt 3A eine Vorrichtung 300. Die Vorrichtung 300 weist einen Ausbreitungsbereich 301 auf, eine erste Sammelleitungs-Lage 302, eine Anzahl von Fluidwegen der ersten Sammelleitungs-Lage 302', eine zweite Sammellage 303, eine Anzahl von Fluidwegen der zweiten Sammelleitungs-Lage 303', und einen mikroskalierten Bereich 304. In einer Ausführungsform ist die Größe der Vorrichtung 300 etwa 18 mm × 12 mm × 3 mm. Die Höhe des Mikrokanal-Bereichs 304 beträgt 300 Mikrometer, die Breite beträgt 50 Mikrometer und die Basis beträgt 200 Mikrometer. Der Ausbreitungsbereich 301 ist 300 Mikrometer dick und in bevorzugter Weise Kupfer. Die nicht dargestellte Wärmequelle ist etwa 0,725 mm breit. Die ersten und zweiten Sammelleitungen sind etwa 2 mm breit und 10 mm lang, mit Fluidwegen, die eine Breite in dem Bereich von 0,4 bis 0,8 mm haben. Die Materialien, die für die erste und zweite Sammelleitungs-Lage eingesetzt werden, sind vorzugsweise Glas, können allerdings Kupfer, Kovar oder Glas umfassen. Die Fluidwege 302' und 303' weisen Einlässe und Auslässe auf, die zum Aufnehmen von Fluid ausgebildet sind, zumindest von den ersten und zweiten Sammelleitungs-Lagen. Es sei darauf verwiesen, daß die genannten Abmessungen beispielhaft sind und daß andere Abmessungen für Wärmequellen mit anderen Größen verwendet werden können. 3A FIG. 12 illustrates a more detailed drawing for the embodiment having a composite fluid cooled micro scaled heat exchanger device with interlaced manifolds on the top layer, in a geometry similar to FIG 2 , In particular shows 3A a device 300 , The device 300 has a propagation area 301 on, a first bus line location 302 , a number of fluid paths of the first busbar layer 302 ' , a second collective situation 303 , a number of fluid paths of the second busbar layer 303 ' , and a microscale area 304 , In one embodiment, the size of the device 300 about 18 mm × 12 mm × 3 mm. The height of the micro-channel area 304 is 300 microns, the width is 50 microns and the base is 200 microns. The propagation area 301 is 300 microns thick, and preferably copper. The heat source, not shown, is about 0.725 mm wide. The first and second manifolds are about 2 mm wide and 10 mm long, with fluid paths having a width in the range of 0.4 to 0.8 mm. The materials used for the first and second busbar layers are preferably glass, but may include copper, kovar, or glass. The fluid paths 302 ' and 303 ' have inlets and outlets adapted to receive fluid, at least from the first and second busbar layers. It should be noted that the dimensions mentioned are exemplary and that other dimensions can be used for heat sources of other sizes.

3B zeigt eine monolitische Wärmetauschervorrichtung 310. Die Vorrichtung 310 weist eine Wärmequelle 301, einen Ausbreitungsbereich 302, einen mikroskalierten Bereich 303, eine erste Sammelleitungs-Lage 304, eine zweite Sammelleitungs-Lage 305 und eine obere Sammelleitung 306 auf. In einer Ausführungsform beträgt die Höhe von dem mikroskalierten Bereich 303 bis zur Oberseite der oberen Sammelleitung 306 näherungsweise 3 nun, während die Höhe von dem mikroskalierten Bereich 303 bis zur Oberseite der ersten und zweiten Sammelleitungs-Lagen 304 und 305 näherungsweise 2 mm beträgt. Es sei darauf verwiesen, daß die genannten Abmessungen beispielhaft sind, und daß andere Abmessungen für Wärmequellen mit anderen Größen verwendet werden können. 3B shows a monolithic heat exchanger device 310 , The device 310 has a heat source 301 , a propagation area 302 , a microscale area 303 , a first bus line location 304 , a second manifold location 305 and an upper manifold 306 on. In one embodiment, the height is from the microscale area 303 up to the top of the upper manifold 306 approximately 3 now, while the height of the microscale area 303 to the top of the first and second busbar layers 304 and 305 is approximately 2 mm. It should be understood that these dimensions are exemplary, and that other dimensions may be used for heat sources of other sizes.

Anders als beim Stand der Technik stellen die fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauscher, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben sind, eine extrem große Wärmeübertragungsfläche pro Einheitsvolumen auf eine optimale Weise zur Verfügung. Darüber hinaus hält die vorliegende Erfindung im wesentlichen eine Gleichförmigkeit der Temperatur in der X-Y-Richtung aufrecht, zusätzlich dazu, daß Wärme an die Umgebung mit einem niedrigen thermischen Widerstand abgegeben wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß sie einen Ausbreitungsbereich einsetzt, um die seitliche bzw. in Querrichtung erfolgende Ausbreitung der Wärme, die die Wärmequelle verläßt, zu begünstigen, zusammen mit dem mikroskalierten Bereich, um große Seitenverhältnisse bzw. Schlankheitsgrade zu erzielen, die dazu beitragen, Wärme an das Fluid zu übertragen, so daß ein optimaler, aus zusammengesetztem Material bestehender, fluidgekühlter mikroskalierter Wärmetauscher geschaffen wird.Different as in the prior art, the fluid cooled micro scale heat exchangers, which are described in the present invention, an extreme size Heat transfer surface per Unit volume available in an optimal manner. In addition, the present holds Invention substantially a uniformity of the temperature in the X-Y direction upright, in addition that heat to the Environment is issued with a low thermal resistance. Another advantage of the present invention is that it has a Spreading area begins to the lateral or in the transverse direction the spread of heat, the the heat source leaves, to favor, along with the microscale area to get large aspect ratios or slimming levels, which contribute to heat to the To transfer fluid so that one optimum, fluid-cooled, micro-scale composed of composite material heat exchangers is created.

Die vorliegende Erfindung ist in Bezug auf spezielle Ausführungsformen beschrieben worden, mit Einzelheiten, um das Verständnis der Grundlagen der Konstruktion und Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung zu erleichtern. Eine derartige Bezugnahme auf spezielle Ausführungsformen und Einzelheiten der Erfindung ist allerdings nicht darauf gerichtet, den Umfang der angefügten Ansprüche zu beschränken. Für Fachleute auf dem vorliegenden Gebiet der Technik ist es offensichtlich, daß Veränderungen in den Ausführungsformen vorgenommen werden können, die zur Erläuterung ausgewählt worden sind, ohne daß die Grundgedanken und der Bereich der vorliegenden Erfindung verlassen werden.The The present invention is related to specific embodiments been described, with details to help understand Fundamentals of construction and operation of the present invention facilitate. Such a reference to specific embodiments and details of the invention, however, are not directed the scope of the attached claims to restrict. For professionals It is obvious in the art that changes in the embodiments can be made for explanation selected have been without the The basic idea and the scope of the present invention leave become.

Zusammenfassung der BeschreibungSummary the description

Eine Vorrichtung, ein Verfahren und ein System für einen fluidgekühlten mikroskalierten Wärmetauscher wird beschrieben. Der fluidgekühlte mikroskalierte Wärmetauscher verwendet einen mikroskalierten Bereich und einen Ausbreitungsbereich mit speziellen Materialien und Abmessungsbereichen, um eine große Wärmeableitung und Übertragungsfläche pro Einheitsvolumen von einer Wärmequelle zu erreichen. Der mikroskalierte Bereich weist bevorzugt Mikrokanäle auf, weist allerdings in alternativen Ausführungsformen eine mikroporöse Struktur oder Mikrosäulen auf, oder besteht aus der Gruppe von Mikrokanälen, einer mikroporösen Struktur und Mikrosäulen.An apparatus, a method and a system for a fluid cooled microcalculated heat exchanger will be described. The fluid cooled microcalculated heat exchanger uses a microscale region and a propagation region with specific materials and dimensional ranges to achieve high heat dissipation and transmission area per unit volume from a heat source. The microscale region preferably has microchannels, but in alternative embodiments has a microporous structure or microcolumns, or consists of the group of microchannels, a microporous one sen structure and microcolumns.

Claims

An apparatus for fluid cooled micro scaled heat exchange from a heat source, full: a. a microscale area that is configured is to a fluid flow to allow it through, and b. a propagation area, wherein the propagation area is a first side and a second side having the first side positioned on the heat source and is coupled thereto, and wherein the second side with the coupled microscale area.

Device according to claim 1, characterized in that that the Spreading range a thickness dimension within the range from and including 0.3 mm to 1.0 mm.

Device according to claim 1, characterized in that that the Spreading range and the microscale area are wider as the heat source, and wherein the microscale portion protrudes with respect to the heat source.

Device according to claim 3, characterized in that that the Dimension of the overhang of the microscale range in the range of and including 0.0 mm to 15.0 mm.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area microchannels having, wherein the microchannels Have walls.

Device according to claim 5, characterized in that that at least one of the microchannel walls a width dimension within the range of and including 10 Micrometer to 100 microns.

Device according to claim 5, characterized in that that at least one of the microchannel walls a height dimension within the range of and including 50 microns and 2.0 mm.

Device according to claim 5, characterized in that that at least two of the microchannel walls from each other by a distance dimension within the range from and including 10 microns to 150 microns are separated.

Device according to claim 1, characterized in that that the microscale area has a microporous structure.

Device according to claim 9, characterized in that that the microporous Structure a porous Material with a porosity within the range of and including 50 to 80%.

Device according to claim 9, characterized in that that the microporous Structure an average pore size within the range of and inclusive 10 microns to 200 microns.

Device according to claim 9, characterized in that that the microporous Structure a height within the range of and including 0.25 mm to 2.0 mm.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area has microcolumns.

Apparatus according to claim 13, characterized in that the microcolumns comprise a number of pins, at least one of the number of pins having a cross-sectional area within the range of and including (10 microns) ² and (100 microns) ² .

Device according to claim 14, characterized in that that at least one of the number of pins a height dimension within the Range of and including 50 microns and 2.0 microns.

Apparatus according to claim 14, characterized in that at least two of the number of pins are spaced from each other by a distance dimension within the range of and including 10 microns to 150 microns are separated.

Device according to claim 1, characterized in that that the microscale area from the group of microchannels, one microporous Structure and microcolumns consists.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area consists of silicon.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area made of a material with a thermal conductivity of more than 25 W / m-K.

Device according to claim 1, characterized in that that the microscale area a micro-machined material with a huge aspect ratio or slenderness.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area consists of a semiconductor material.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale range of precision machined Consists of metals.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale range of precision machined Alloys exists.

Device according to claim 1, characterized in that that the Spreading area consists of a material that has a thermal conductivity value of more than 120 W / m-K.

Device according to claim 1, characterized in that that the Spreading area between the microscale area and the heat source is arranged.

Device according to claim 1, characterized in that that the Spreading area consists of copper.

Device according to claim 1, characterized in that that the Spreading area consists of diamond.

Device according to claim 1, characterized in that that the Spreading area consists of silicon carbide.

Device according to claim 1, characterized in that that the heat source is a microprocessor.

Apparatus according to claim 1, further comprising a Number of busbar layers, which are coupled to the propagation area.

Device according to claim 30, characterized in that that the Number of busbar layers have intertwined busbars.

Device according to claim 31, characterized in that that the Number of busbar layers further a number of individualized holes for channeling fluid into and out of the device.

Apparatus according to claim 1, further comprising a Number of busbar layers, which are coupled to the microscale area.

Device according to claim 33, characterized in that that the Number of busbar layers have intertwined busbars.

Device according to claim 33, characterized in that that the Number of busbar layers further a number of individualized holes for channeling fluid into and out of the device.

Apparatus according to claim 1, further comprising a Number of fluid paths coupled to the microscale area with the number of fluid paths configured to be fluid absorb and the fluid flow to allow them through.

Device according to claim 1, characterized in that that the Heat source the propagation area and the microscale area in one monolithic configuration.

Device according to claim 1, characterized in that that the microscale area and the propagation area by anodic Connection methods are coupled together.

Device according to claim 1, characterized in that that the microscale area and the propagation area by anodic Fused bonding methods are coupled together.

Device according to claim 1, characterized in that that the microscale area and the propagation area by a eutectic Connection methods are coupled together.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area and the propagation area by an adhesive bonding method coupled together.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area and the propagation area by a soldering process coupled together.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area and the propagation area by a welding process coupled together.

Device according to claim 1, characterized in that that the Microscale area and the propagation area by an epoxy resin process coupled together.

Device according to claim 1, characterized in that that this Fluid is water.

Device according to claim 1, characterized in that that this Fluid from the group of water, ethylene glycol, isopropyl alcohol, Ethanol, methanol, and hydrogen peroxide is or is selected.

Device for fluid-cooled microscale heat exchange, full: a. a heat source with a width; b. a microscale area that is configured is to a fluid flow pass through it, the microscale area has a width and a thickness; and c. a propagation area having a width and a thickness, wherein the propagation area a first side coupled to the heat source, and a second side, which is coupled to the microscale area is.

Device according to claim 48, characterized in that that the Heat source the propagation area and the microscale area in one monolithic configuration.

Device according to claim 48, characterized in that that the Spreading range and the microscale area are wider as the heat source, and wherein the microscale portion protrudes with respect to the heat source.

Device according to claim 50, characterized in that that the Dimension of the overhang of the microscale range in the range of and including 0.0 mm to 15.0 mm.

Device according to claim 48, characterized in that that the microscale area has microchannels, the microchannels Have walls.

Device according to claim 52, characterized in that that at least one of the microchannel walls one Width dimension within the range of and including 10 Micrometer to 100 microns.

Device according to claim 52, characterized in that that at least one of the microchannel walls one height dimension within the range of and including 50 microns and 2.0 mm.

Device according to claim 52, characterized in that that at least two of the microchannel walls from each other by a distance dimension within the range of and including 10 Micrometer are separated by 150 microns.

Device according to claim 48, characterized in that that the microscale area has a microporous structure.

Device according to claim 56, characterized in that that the microporous Structure a porous material with a porosity within the range of and including 50 to 80%.

Device according to claim 56, characterized in that that the microporous Structure an average pore size within the range of and inclusive 10 microns to 200 microns.

Device according to claim 56, characterized in that that the microporous Structure a height within the range of and including 0.25 mm to 2.0 mm.

Device according to claim 48, characterized in that that the Microscale area has microcolumns.

Apparatus according to claim 60, characterized in that the microcolumns comprise a number of pins, at least one of the number of pins having a cross-sectional area within the range of and including (10 microns) ² and (100 microns) ² .

Device according to claim 61, characterized in that that at least one of the number of pins a height dimension within the Range of and including 50 microns and 2.0 microns.

Device according to claim 61, characterized in that that at least two of the number of pins from each other by a distance dimension within the range of and including 10 microns to 150 Micrometer are separated.

Device according to claim 48, characterized in that that the microscale area from the group of microchannels, one microporous Structure and microcolumns exists or selected from is.

Device according to claim 48, characterized in that that the heat source is a microprocessor.

Device according to claim 48, characterized in that that the Width of the microscale area is greater than the width of the Heat source.

Device according to claim 48, characterized in that that the microscale area on each side of the heat source to make a difference between the width of the microscale area and the corresponding one Width of the heat source survives.

Device according to Claim 67, characterized that the Difference between the width of the microscale area and the corresponding width of the heat source in the range of 0.0 mm to 15 mm.

Device according to Claim 67, characterized that the Difference between the width of the microscale area and the corresponding width of the heat source in the range of 0.0 mm to 5.0 mm on each side of the heat source is when the fluid is single-phase.

Device according to Claim 67, characterized that the Difference between the width of the microscale area and the corresponding width of the heat source in the range of 5.0 mm to 15 mm on each side of the heat source is when the fluid is biphasic.

Apparatus according to claim 48, characterized in that the first side of the propagation region further comprises a region of greater thermal conductivity coupled to the heat source.

Device according to claim 48, characterized in that that the Spreading area between the heat source and the microscale Area is arranged.

Device according to claim 48, characterized in that that the Spreading area consists of copper.

Device according to claim 48, characterized in that that the Spreading area consists of diamond.

Device according to claim 48, characterized in that that the Spreading area consists of silicon carbide.

Method for producing a fluid-cooled microscale Heat exchange device full: a. Producing a microscale area comprising Silicon; b. Producing a propagation area comprising Copper; and c. Coupling of the microscale area with the Propagation area.

Device according to claim 76, characterized in that that the Spreading range and the microscale area are wider as the heat source, and wherein the microscale portion protrudes with respect to the heat source.

Device according to claim 77, characterized in that that the Dimension of the overhang of the microscale range in the range of and including 0.0 mm to 15.0 mm.

Device according to claim 76, characterized in that that the microscale area has microchannels, the microchannels Have walls.

Device according to Claim 79, characterized that at least one of the microchannel walls one Width dimension within the range of and including 10 Micrometer to 100 microns.

Device according to Claim 79, characterized that at least one of the microchannel walls one height dimension within the range of and including 50 microns and 2.0 mm.

Device according to Claim 79, characterized that at least two of the microchannel walls from each other by a distance dimension within the range of and including 10 Micrometer are separated by 150 microns.

Device according to claim 76, characterized in that that the microscale area has a microporous structure.

Device according to claim 83, characterized in that that the microporous Structure a porous material with a porosity within the range of and including 50 to 80%.

Device according to claim 83, characterized in that that the microporous Structure an average pore size within the range of and inclusive 10 microns to 200 microns.

Device according to claim 83, characterized in that that the microporous Structure a height within the range of and including 0.25 mm to 2.0 mm.

Device according to claim 76, characterized in that characterized in that the Microscale area microcolumns having.

Apparatus according to claim 87, characterized in that the microcolumns comprise a number of pins, at least one of the number of pins having a cross-sectional area within the range of and including (10 microns) ² and (100 microns) ² .

Device according to claim 88, characterized in that that at least one of the number of pins a height dimension within the Range of and including 50 microns and 2.0 microns.

Device according to claim 88, characterized in that that at least two of the number of pins from each other by a distance dimension within the range of and including 10 microns to 150 Micrometer are separated.

Device according to claim 76, characterized in that that the microscale area from the group of microchannels, one microporous Structure and microcolumns exists or selected from is.

Device according to claim 76, characterized in that that the Microscaled propagation range of precision machined metals is made.

Device according to claim 76, characterized in that that the Microscaled propagation range of precision machined alloys is made.

System for fluid-cooled microscale heat exchange, full: a. a heat source with a width; b. a means of spreading heat with a width, wherein the means for spreading heat with the heat source is coupled; c. a means for supplying fluids; and d. a means for a microscale fluid flow, configured to receive fluid from the means for Respectively of fluid, wherein the agent for a microscale fluid flow coupled with the means for spreading heat.

Device according to claim 94, characterized in that that the Spreading range and the microscale area are wider as the heat source, and wherein the microscale portion protrudes with respect to the heat source.

Device according to claim 95, characterized in that that the Dimension of the overhang of the microscale range in the range of and including 0.0 mm to 15.0 mm.

Device according to claim 94, characterized in that that the microscale area has microchannels, the microchannels Have walls.

Device according to Claim 97, characterized that at least one of the microchannel walls one Width dimension within the range of and including 10 Micrometer to 100 microns.

Device according to Claim 97, characterized that at least one of the microchannel walls one height dimension within the range of and including 50 microns and 2.0 mm.

Device according to Claim 97, characterized that at least two of the microchannel walls from each other by a distance dimension within the range of and including 10 Micrometer are separated by 150 microns.

Device according to claim 94, characterized in that that the microscale area has a microporous structure.

Device according to claim 101, characterized in that that the microporous Structure a porous material with a porosity within the range of and including 50 to 80%.

Device according to claim 101, characterized in that that the microporous Structure an average pore size within the range of and inclusive 10 microns to 200 microns.

Device according to claim 101, characterized in that that the microporous Structure a height within of the range of and including 0.25 mm to 2.0 mm.

Device according to claim 94, characterized in that that the Microscale area has microcolumns.

Apparatus according to claim 105, characterized in that the microcolumns comprise a number of pins, at least one of the number of pins having a cross-sectional area within the range of and including (10 microns) ² and (100 microns) ² .

Device according to claim 106, characterized that at least one of the number of pins a height dimension within the Range of and including 50 microns and 2.0 microns.

Device according to claim 106, characterized that at least two of the number of pins from each other by a distance dimension within the range of and including 10 microns to 150 Micrometer are separated.

Device according to claim 94, characterized in that that the microscale area from the group of microchannels, one microporous Structure and microcolumns exists or selected from is.